本書只需要讀者對物理和數(shù)學有基本的知識，內(nèi)容涵蓋：機器人學概論、工業(yè)機器人機構的基本特征；、機器人機構幾何模型、機器人的運動學和動力學、機器人傳感器和機器人軌跡規(guī)劃、機器人視覺、執(zhí)行器軌跡或力的基本控制方案；帶有進給裝置和機器人抓手的機器人工作單元。第二版在上一版的基礎上擴展了新主題：協(xié)作機器人、移動機器人和類人機器人。本書適用作為電氣、機械、計算機、土木等專業(yè)的機器人學入門課程
可能很難對機器人的定義達成一致，但從事機器人學研究工作的人大都愿意引用“機器人之父”約瑟夫·F.英格伯格（Joseph F. Engelberger，1925—2015）的名言：“我不能定義機器人，但我一看到機器人就知道是它�！�
機器人這個名詞不是源于科學或工程技術詞匯，首次出現(xiàn)是用在1921年在布拉格上演的由捷克作家卡雷爾·查皮克編寫的戲劇“R.U.R”（Rossum’s Universal Robots，羅莎姆的萬能機器人）中，robot這個詞本身是他的兄弟約瑟夫發(fā)明的。在戲劇中，機器人是人造的技藝高超的工人，它不具備一切不必要的特性（如情緒、創(chuàng)造性，以及感知痛苦的能力等）。在該戲劇的開場白中給出了機器人的定義：“機器人不是人類，它們比人類在機械上更完美，并且具有令人驚訝的智力能力，但它們沒有靈魂。從技術上講，工程師的創(chuàng)造物比自然的產(chǎn)物更精細�！�
本書已在斯洛文尼亞的盧布爾雅那大學電氣工程學院經(jīng)過數(shù)十年的使用和改進，該學院的A. Kral和T. Bajd在1980年出版了第一本關于工業(yè)機器人的專著Industrijska robotika。成功培養(yǎng)多批本科生的事實有效證明了該教材對講解機器人學這門嚴苛的課程是適用的。
本書的第1版在2011年被CHOICE雜志選定為年度杰出學術專著。第2版以第1版為基礎，其主要優(yōu)點是言簡意賅。第1章中包含了不同機器人的分類，尤其對工業(yè)機器人進行了介紹；用齊次變換矩陣對一個物體的位置、方向和位移進行描述，這些矩陣是分析機器人機構的基礎，并將通過簡單的幾何推理來介紹；機器人機構的幾何模型將借助原始的、容易操作的向量描述進行解釋。由于機器人世界是六維空間的，因此機器人末端執(zhí)行器的方向在本版中得到了更多的關注。
本書通過僅有兩個旋轉自由度的機構引入了機器人運動學和動力學，該機構是最流行的工業(yè)機器人機構中的重要組成部分。機器人動力學的介紹僅基于牛頓定律的知識，且進行了進一步簡化以更容易理解其相對復雜的內(nèi)容。機器人工作空間在為計劃任務選擇合適的機器人中起到了重要作用。并聯(lián)機器人的運動學明顯與串行機械手的運動學有區(qū)別，值得更加關注。
本書中介紹的機器人傳感器不僅與工業(yè)機械手相關，也涉及像仿人機器人這樣的復雜系統(tǒng)。機器人視覺在工業(yè)應用中發(fā)揮著越來越重要的作用。機器人軌跡規(guī)劃是有效控制機器人的基礎。書中還介紹了實現(xiàn)期望的末端軌跡及機器人與環(huán)境間力的作用的基本控制框架。機器人的應用場景主要是產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線，其中，機器人是生產(chǎn)線的一部分，或完全獨立地運行。此外，書中還描述了機器人的抓爪、工具及感知裝置。
隨著工廠環(huán)境的日益復雜，人和機器人之間的交互變得不可避免。協(xié)作機器人就是為安全地進行人與機器人交互設計的。使用輪式移動機器人可以進一步提高生產(chǎn)的靈活性。將來，就像在第14章所展示的，人和機器人將相互陪伴。仿人機器人的復雜性需要更高級的數(shù)學知識。關于標準化、測量精度和重復性等內(nèi)容，也是工業(yè)機器人用戶感興趣的。
本書要求極少的數(shù)學和物理高級知識，因此它適合作為工科（電氣、機械、計算機、土木工程）學生機器人學入門課程的教材。那些不研究機器人但可能在工作環(huán)境中遇到機器人，并期望簡單快速地了解相關知識的工程師們，可將本書作為參考。
Matjaz Mihelj和Tadej Bajd
2018年4月于盧布爾雅那
譯者序
前言
第1章 緒論 1
1.1 機械手 3
1.2 工業(yè)機器人 6
第2章 齊次變換矩陣 9
2.1 平移變換 9
2.2 旋轉變換 10
2.3 位姿和位移 13
2.4 機器人的幾何模型 16
第3章 機器人機構的幾何描述 21
3.1 運動副的矢量參數(shù) 21
3.2 機構的矢量參數(shù) 24
第4章 方向 30
第5章 二連桿機械手 37
5.1 運動學 37
5.2 靜力學 41
5.3 工作空間 42
5.4 動力學 46
第6章 并聯(lián)機器人 54
6.1 并聯(lián)機器人的特點 54
6.1.1 自由度數(shù) 55
6.1.2 并聯(lián)機器人的優(yōu)點和缺點 57
6.2 并聯(lián)機器人的運動學編排 57
6.2.1 斯提沃爾特-茍夫平臺 57
6.2.2 德爾塔機器人 58
6.2.3 平面并聯(lián)機器人 59
6.2.4 并聯(lián)仿人肩 60
6.3 并聯(lián)機器人的建模與設計 61
6.3.1 并聯(lián)機器人的運動學參數(shù)和坐標 62
6.3.2 并聯(lián)機器人的逆向運動學和正向運動學 63
6.3.3 設計并聯(lián)機器人 64
第7章 機器人所用傳感器 66
7.1 感知原理 66
7.2 運動傳感器 66
7.2.1 傳感器的安裝位置 66
7.2.2 電位計 67
7.2.3 光電編碼器 68
7.2.4 磁編碼器 72
7.2.5 轉速計 72
7.2.6 慣性測量單元 73
7.3 接觸式傳感器 75
7.3.1 觸覺傳感器 75
7.3.2 限位開關和碰撞傳感器 76
7.3.3 力和力矩傳感器 76
7.3.4 關節(jié)力矩傳感器 78
7.4 接近和測距傳感器 79
7.4.1 超聲波測距儀 79
7.4.2 激光測距儀和激光掃描儀 81
第8章 機器人視覺 83
8.1 系統(tǒng)配置 83
8.2 正向投影 83
8.3 反向投影 88
8.3.1 單攝像機 88
8.3.2 立體視覺 90
8.4 圖像處理 92
8.5 從圖像獲得物體位姿信息 92
8.5.1 攝像機標定 93
8.5.2 物體位姿 94
第9章 軌跡規(guī)劃 96
9.1 兩點間軌跡的插值 96
9.2 路徑點插值法 98
第10章 機器人控制 104
10.1 基于內(nèi)部坐標系的機器人控制 105
10.1.1 PD位置控制 105
10.1.2 具有重力補償?shù)腜D位置控制 106
10.1.3 基于逆向動力學的機器人控制 107
10.2 基于外部坐標系的機器人控制 110
10.2.1 基于轉置雅可比矩陣的控制 111
10.2.2 基于逆雅可比矩陣的控制 112
10.2.3 具有重力補償?shù)腜D位置控制 112
10.2.4 基于逆向動力學的機器人控制 113
10.3 基于接觸力的機器人控制 115
10.3.1 通過逆向動力學線性化機器人系統(tǒng) 116
10.3.2 力的控制 117
第11章 機器人工作環(huán)境 120
11.1 機器人安全性 120
11.2 裝配過程中的機器人外圍設備 124
11.3 供料裝置 125
11.4 傳送帶 129
11.5 機器人抓爪和工具 130
第12章 協(xié)作機器人 135
12.1 協(xié)作工業(yè)機器人系統(tǒng) 135
12.2 協(xié)作機器人概述 136
12.3 協(xié)作操作 138
12.3.1 安全可控的機器人停止 139
12.3.2 示教 139
12.3.3 速度和距離監(jiān)控 140
12.3.4 功率和力的限制 142
12.4 協(xié)作機器人的抓爪 144
12.5 協(xié)作機器人系統(tǒng)的應用 145
第13章 移動機器人 147
13.1 移動機器人運動學 148
13.2 導航 153
13.2.1 定位 153
13.2.2 路徑規(guī)劃 156
13.2.3 路徑控制 157
第14章 仿人機器人 163
14.1 雙足移動 164
14.1.1 零力矩點 164
14.1.2 步態(tài)生成 166
14.2 模仿學習 169
14.2.1 觀察人類運動并將其遷移至仿人機器人運動 169
14.2.2 動態(tài)運動基元 172
14.2.3 線性動力學系統(tǒng)的收斂性 173
14.2.4 點到點運動的動態(tài)運動基元 173
14.2.5 通過單次示教估算DMP參數(shù) 176
14.2.6 DMP調(diào)制 177
第15章 工業(yè)機械臂的精度和重復性 180
附錄 圓周運動加速度的推導 189
參考資料 191
索引 192
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